RU2239532C1 - Electrode for plasma working - Google Patents
Electrode for plasma working Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239532C1 RU2239532C1 RU2003121383/02A RU2003121383A RU2239532C1 RU 2239532 C1 RU2239532 C1 RU 2239532C1 RU 2003121383/02 A RU2003121383/02 A RU 2003121383/02A RU 2003121383 A RU2003121383 A RU 2003121383A RU 2239532 C1 RU2239532 C1 RU 2239532C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insert
- holder
- electrode
- core
- cathode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области термической и термохимической обработки металлов, конкретно к оборудованию для плазменно-дуговых процессов: резки, сварки, плазменно-дугового напыления, наплавки, термической и термохимической обработки поверхности и т.п., и может быть использовано в конструкции катода плазмотрона.The invention relates to the field of thermal and thermochemical processing of metals, specifically to equipment for plasma-arc processes: cutting, welding, plasma-arc spraying, surfacing, thermal and thermochemical surface treatment, etc., and can be used in the construction of a plasma torch cathode.
Из уровня техники известен электрод для плазменной обработки, содержащий держатель в виде тела вращения, выполненный из материала на основе меди, вмонтированную в глухое отверстие на торце держателя по его оси биметаллическую цилиндрическую катодную вставку, содержащую сердечник и оболочку, охватывающую сердечник и выполненную из того же материала, что держатель (см., например, авторское свидетельство СССР 1193916, МПК В 23 К 35/04, 1985 г.).A plasma treatment electrode is known from the prior art, comprising a holder in the form of a body of revolution made of copper-based material mounted in a blind hole at the end of the holder along its axis with a bimetallic cylindrical cathode insert containing a core and a shell covering the core and made of the same material that holder (see, for example, USSR copyright certificate 1193916, IPC V 23 K 35/04, 1985).
В известном источнике информации отсутствуют рекомендации по конкретному выбору материала, из которого должен быть выполнен сердечник вставки. В связи с этим, хотя с точки зрения обеспечения эффективной тепло- и электропроводности идентичность материала оболочки с материалом держателя представляется весьма целесообразной, остаются открытыми вопросы обеспечения надлежащего ресурса работы и термической устойчивости катодной вставки, ее эмиссионных свойств. При этом выбор оптимального материала сердечника по условиям технологии получения биметаллической вставки должен быть увязан с выбором материала оболочки, с учетом удовлетворения последним указанных выше эксплуатационных требований.In the known source of information there are no recommendations for a specific choice of material from which the core of the insert should be made. In this regard, although from the point of view of ensuring effective thermal and electrical conductivity, the identity of the shell material with the material of the holder seems to be very reasonable, open questions remain about ensuring the proper service life and thermal stability of the cathode insert, its emission properties. At the same time, the choice of the optimal core material according to the conditions of the technology for producing a bimetallic insert should be linked to the choice of shell material, taking into account the satisfaction of the latter of the above operational requirements.
Известно, что в качестве материала сердечника с точки зрения эксплуатационных требований предпочтительно использовать гафний, цирконий или сплавы этих металлов (см., например, М.Ф.Жуков и др. Термохимические катоды. Новосибирск, 1985, с.5). При этом наличие гафния в материале сердечника обеспечивает хорошие эмиссионные свойства вставки, а наличие циркония обеспечивает необходимую пластичность материала сердечника при его обработке давлением в процессе получения биметаллической пары сердечник-оболочка и позволяет удешевить этот элемент электрода.It is known that hafnium, zirconium or alloys of these metals are preferably used as the core material from the point of view of operational requirements (see, for example, MF Zhukov and other Thermochemical cathodes. Novosibirsk, 1985, p.5). In this case, the presence of hafnium in the core material provides good emission properties of the insert, and the presence of zirconium provides the necessary ductility of the core material when it is processed by pressure in the process of producing a bimetallic core-shell pair and makes this electrode element cheaper.
Проблема выбора оптимального соотношения содержания гафния и циркония в материале сердечника и соответствующего выбора материала оболочки решена в патенте РФ №2172662, МПК В 23 К 35/02, 2001 г., где описан электрод для плазменной обработки, содержащий держатель в виде тела вращения, выполненный из материала на основе меди, вмонтированную в глухое отверстие на торце держателя по его оси биметаллическую цилиндрическую катодную вставку, содержащую сердечник, изготовленный из сплава гафния и циркония, и оболочку, охватывающую сердечник. Данный патент может быть выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа) изобретения.The problem of choosing the optimal ratio of the content of hafnium and zirconium in the core material and the corresponding choice of shell material is solved in RF patent No. 2172662, IPC V 23 K 35/02, 2001, which describes an electrode for plasma processing, containing a holder in the form of a body of revolution, made made of copper-based material, a bimetallic cylindrical cathodic insert mounted in a blind hole on the end of the holder along its axis, containing a core made of an alloy of hafnium and zirconium and a shell covering the core. This patent can be selected as the closest analogue (prototype) of the invention.
Как уже указано выше, входящая в состав электрода катодная вставка должна обладать достаточным ресурсом работы, определяемым ее термической устойчивостью и “пленкозащитными” свойствами, особенно в окислительных средах, высокой теплопроводностью, хорошими эмиссионными характеристиками.As already mentioned above, the cathode insert included in the electrode should have a sufficient service life, determined by its thermal stability and “film-shielding” properties, especially in oxidizing media, high thermal conductivity, and good emission characteristics.
При этом, поскольку вставка крепится в электроде с помощью держателя, одним из направлений повышения ресурса работы катодов является улучшение теплового контакта в паре “вставка-держатель”. Поскольку держатель, в который запрессована вставка, выполнен из высокотеплопроводного материала, как правило, меди, качество теплового контакта зависит от состояния границы контакта и степени схватывания материалов вставки и держателя. Степень схватывания зависит от сродства материалов оболочки и держателя. Конечно, идеальным являлось бы выполнение оболочки из меди, однако необходимо учитывать при выборе этого материала и технологические требования к нему, связанные с изготовлением биметаллической вставки. В указанном прототипе найден компромисс между этими противоречивыми требованиями, благодаря выполнению оболочки из сплава на основе меди, содержащего цирконий. Тем самым между вставкой и держателем обеспечивается качественный тепловой контакт и одновременно максимально сближены не только пластические свойства (характеристики сопротивления деформации) материалов соединяемых элементов вставки, но и характеристики деформируемости в целом соединяемых элементов конструкции биметаллической вставки. Сближение этих характеристик существенно зависит и от соотношения диаметров вставки и сердечника, а если точнее, от соотношения площадей их поперечных сечений. Экспериментальным (или расчетным) подбором этих соотношений можно способствовать оптимизации этих характеристик, и тем самым получению качественного биметалла с максимально надежным схватыванием слоев.Moreover, since the insert is attached to the electrode using a holder, one of the ways to increase the cathode life is to improve thermal contact in the insert-holder pair. Since the holder into which the insert is pressed in is made of a highly thermally conductive material, usually copper, the quality of thermal contact depends on the state of the contact boundary and the degree of setting of the materials of the insert and holder. The degree of setting depends on the affinity of the shell and holder materials. Of course, it would be ideal to make a shell made of copper, but it is necessary to consider when choosing this material the technological requirements for it associated with the manufacture of a bimetallic insert. In this prototype, a compromise was found between these conflicting requirements, due to the implementation of the shell of an alloy based on copper containing zirconium. Thus, between the insert and the holder, high-quality thermal contact is ensured and at the same time not only the plastic properties (deformation resistance characteristics) of the materials of the connected insert elements are brought together, but also the deformability characteristics of the generally connected construction elements of the bimetallic insert. The convergence of these characteristics significantly depends on the ratio of the diameters of the insert and the core, and more precisely, on the ratio of the areas of their cross sections. The experimental (or calculated) selection of these ratios can help to optimize these characteristics, and thereby to obtain high-quality bimetal with the most reliable setting of the layers.
В прототипе рекомендуемое соотношение диаметров элементов вставки указано в весьма широком диапазоне, а рекомендации по выбору оптимальных соотношений в пределах этого диапазона отсутствуют, что является недостатком известного технического решения. Отсутствуют и рекомендации по выбору оптимальных соотношений длины вставки и ее наружного диаметра. Все эти рекомендации могли быть выработаны и найдены только в процессе дальнейших экспериментальных исследований и опытной эксплуатации электродов, и они составляют часть настоящего изобретения.In the prototype, the recommended ratio of the diameters of the insert elements is indicated in a very wide range, and there are no recommendations for choosing the optimal ratios within this range, which is a disadvantage of the known technical solution. There are no recommendations for choosing the optimal ratio of the length of the insert and its outer diameter. All these recommendations could be worked out and found only in the process of further experimental research and trial operation of the electrodes, and they form part of the present invention.
Важное значение для эффективной работы плазмотрона имеет соосность вставки относительно держателя. Дело в том, что надлежащая соосность самого держателя относительно сопла-анода плазмотрона при достаточно жестких допусках без особых проблем обеспечивается при механической обработке этих элементов плазмотрона с помощью современного высокоточного станочного оборудования. Следовательно, строгая соосность эмиттирующей вставки относительно сопла-анода в свою очередь зависит от соосности вставки относительно держателя, которую обеспечить сложнее, поскольку изготовление самого электрода (катода) включает в себя последовательные операции прессования. А обеспечить ее крайне желательно, поскольку возникающая при эмиссии вставки плазменная дуга направлена на центральное сопло-анод, и даже незначительное отклонение от их соосности может привести к попаданию дуги на края сопла, что повлечет за собой повышенную эрозию сопла и резкое уменьшение его ресурса. Стабильность ресурса электродов является важным требованием при эксплуатации плазмотрона. Однако конкретных рекомендаций по предельно допустимым величинам отклонений от соосности известный патент не содержит.Important for the effective operation of the plasma torch is the alignment of the insert relative to the holder. The fact is that the proper alignment of the holder relative to the nozzle-anode of the plasma torch with sufficiently tight tolerances without any problems is ensured by the mechanical processing of these elements of the plasma torch using modern high-precision machine equipment. Therefore, the strict alignment of the emitting insert relative to the anode nozzle, in turn, depends on the alignment of the insert relative to the holder, which is more difficult to achieve, since the manufacture of the electrode (cathode) itself involves sequential pressing operations. And it is extremely desirable to ensure it, since the plasma arc arising during emission of the insert is directed to the central nozzle-anode, and even a slight deviation from their alignment can lead to the arc getting to the edges of the nozzle, which will entail increased erosion of the nozzle and a sharp decrease in its resource. The stability of the electrode life is an important requirement in the operation of the plasma torch. However, the known patent does not contain specific recommendations on the maximum permissible deviations from alignment.
В условиях работы электрода в максимально агрессивной окислительной среде, например, при кислородной резке, необходимо предусмотреть дополнительные мероприятия по обеспечению необходимого ресурса работы вставки. Такие мероприятия не предусмотрены в прототипе и рекомендованы в настоящем изобретении.Under the conditions of operation of the electrode in the most aggressive oxidizing environment, for example, during oxygen cutting, it is necessary to provide additional measures to ensure the necessary resource of the insert. Such events are not provided in the prototype and are recommended in the present invention.
Еще одним недостатком прототипа является отсутствие рекомендаций по решению задачи дальнейшего повышения эффективности охлаждения держателя, находящегося в непосредственной близости от плазменной дуги и подвергаемого действию высоких температур. Внесение определенных конструктивных усовершенствований в конструкцию держателя позволяет в описываемом ниже электроде решать и эту задачу.Another disadvantage of the prototype is the lack of recommendations for solving the problem of further improving the cooling efficiency of the holder located in the immediate vicinity of the plasma arc and exposed to high temperatures. The introduction of certain structural improvements to the holder design allows this task to be solved in the electrode described below.
Наконец, в прототипе не оговорено, каким именно конкретным образом запрессована вставка в держатель. Рекомендации в отношении этого будут даны ниже.Finally, the prototype does not specify how exactly the insert is pressed into the holder. Recommendations for this will be given below.
Таким образом, задачами изобретения являются оптимальный выбор конструктивных параметров вставки электрода с точки зрения дальнейшего повышения ресурса электрода и стабильности этого ресурса, в частности, за счет дальнейшего повышения эффективности теплового контакта между оболочкой и сердечником вставки и за счет обеспечения точности изготовления; сохранение стойкости электрода при работе в кислородной среде; улучшение условий охлаждения нагреваемых при работе электрода элементов; обеспечение надежного и плотного схватывания вставки с держателем.Thus, the objectives of the invention are the optimal choice of design parameters of the electrode insert from the point of view of further increasing the electrode life and stability of this resource, in particular, by further increasing the thermal contact efficiency between the shell and core of the insert and by ensuring the accuracy of manufacture; maintaining the resistance of the electrode when working in an oxygen environment; improvement of the cooling conditions of the elements heated during operation of the electrode; ensuring reliable and tight gripping of the insert with the holder.
Указанные задачи решаются тем, что в электроде для плазменной обработки, содержащем держатель в виде тела вращения, выполненный из материала на основе меди, вмонтированную в глухое отверстие на торце держателя по его оси биметаллическую цилиндрическую катодную вставку, содержащую сердечник, изготовленный из сплава гафния и циркония, и оболочку, охватывающую сердечник, согласно изобретению соотношение площадей поперечных сечений оболочки и сердечника составляет (0,5-0,7):1.These problems are solved by the fact that in a plasma treatment electrode containing a holder in the form of a body of revolution, made of copper-based material, a bimetallic cylindrical cathode insert mounted in a blind hole at the end of the holder along its axis contains a core made of an alloy of hafnium and zirconium , and the shell covering the core, according to the invention, the ratio of the cross-sectional areas of the shell and the core is (0.5-0.7): 1.
Кроме того, соотношение длины вставки и ее наружного диаметра составляет 0,75-4,5.In addition, the ratio of the length of the insert and its outer diameter is 0.75-4.5.
Кроме того, эксцентриситет катодной вставки относительно держателя, определенный как среднее арифметическое из трех эксцентриситетов, замеренных в трех различных направлениях, составляет не более 0,1 мм.In addition, the eccentricity of the cathode insert relative to the holder, defined as the arithmetic mean of the three eccentricities measured in three different directions, is not more than 0.1 mm.
Кроме того, электрод снабжен алюминиевой прослойкой, размещенной между сердечником и оболочкой вставки.In addition, the electrode is equipped with an aluminum layer located between the core and the shell of the insert.
Кроме того, толщина прослойки составляет 5-10% толщины оболочки.In addition, the thickness of the layer is 5-10% of the thickness of the shell.
Кроме того, держатель может быть выполнен с центральным внутренним утолщением и с внутренним кольцевым пазом между этим утолщением и его стенками, причем глубина паза примерно равна длине катодной вставки.In addition, the holder can be made with a central inner bulge and with an inner annular groove between this bulge and its walls, the groove depth being approximately equal to the length of the cathode insert.
Кроме того, вставка с держателем соединена объемной штамповкой.In addition, the insert with the holder is connected by die forging.
Оптимальные соотношения размеров элементов катодной вставки, а именно: соотношений площадей поперечных сечений оболочки и сердечника, найдены на основе экспериментальных исследований и учитывают как требования к эксплуатационным характеристикам вставки и электрода, так и зачастую противоречащие им технологические требования, устанавливаемые при изготовлении биметаллической вставки. При этом данные рекомендации удовлетворяют условиям изготовления и работы всей гаммы используемых в настоящее время электродов, работающих при величинах тока дуги от 100 до 630 А.The optimum aspect ratios of the elements of the cathode insert, namely, the ratios of the cross-sectional areas of the shell and core, were found on the basis of experimental studies and take into account both the requirements for the operational characteristics of the insert and electrode, as well as the technological requirements often contradicting them, which are established when manufacturing a bimetallic insert. Moreover, these recommendations satisfy the conditions for the manufacture and operation of the entire range of currently used electrodes operating at arc currents from 100 to 630 A.
Оптимальные соотношения длины и наружного диаметра вставки найдены, исходя из следующих условий. При слишком короткой вставке (соотношение длины к диаметру меньше 0,75) ресурс работы вставки недостаточен, вставка расходуется слишком быстро. С другой стороны, слишком длинная вставка (указанное соотношение больше 4,5) создает проблемы при ее запрессовке в держатель, т.к. она имеет недостаточное сопротивление продольному изгибу. Кроме того, при относительно длинной вставке существенно меняется расстояние в процессе ее расхода от эмиттирующего торца вставки (кратера) до сопла, что ведет к нарушению нормальных условий формирования плазменной дуги.The optimal ratio of the length and outer diameter of the insert was found based on the following conditions. If the insert is too short (length to diameter ratio is less than 0.75), the insert operating life is insufficient, the insert is used up too quickly. On the other hand, an insert that is too long (the indicated ratio is greater than 4.5) creates problems when it is pressed into the holder, because it has insufficient resistance to longitudinal bending. In addition, with a relatively long insert, the distance during the flow from the emitting end of the insert (crater) to the nozzle substantially changes, which leads to a violation of the normal conditions for the formation of a plasma arc.
Установленное экспериментами ограничение на максимально допустимый эксцентриситет вставки относительно держателя направлено на предотвращение интенсивной эрозии сопла держателя, которая может возникать при контакте плазменной дуги с краями сопла. Обеспечение рекомендуемых жестких допусков на соосность указанных элементов достигается разработанной и опробованной технологией изготовления электрода, подробное раскрытие всех особенностей которой выходит за рамки описания настоящего изобретения и составляет его ноу-хау.The experimentally established restriction on the maximum permissible eccentricity of the insert relative to the holder is aimed at preventing intense erosion of the holder nozzle, which may occur when the plasma arc contacts the edges of the nozzle. Providing the recommended tight tolerances for alignment of these elements is achieved by the developed and tested electrode manufacturing technology, a detailed disclosure of all the features of which goes beyond the description of the present invention and constitutes its know-how.
Наличие дополнительной алюминиевой прослойки между сердечником и оболочкой вставки обеспечивает повышение ресурса работы вставки в условиях работы с кислородной плазмой, например, при кислородной резке. В кислородной среде алюминиевая прослойка интенсивно образует тугоплавкий окисел алюминия, препятствующий диффузии медной составляющей из оболочки в сердечник. Тем самым сохраняется стабильность расплавленной пленки и, как следствие, эмиттирующая способность кратера вставки. Благодаря эмиссии пленка окиси алюминия образуется и на поверхности сопла, и высокая температура плавления этой пленки дополнительно препятствует эрозии сопла. Известно из уровня техники (см., например, Я.В.Россомахо. Разработка термохимического катода на основе гафния для плазменной резки в среде кислорода, автореферат кандидатской диссертации, Ленинград, 1984 г.) выполнение из алюминия оболочки вставки, в настоящем же изобретении алюминиевая прослойка дополнительно введена между сердечником и оболочкой вставки. При этом установлено, что технический результат и при таком решении может быть сохранен.The presence of an additional aluminum layer between the core and the shell of the insert provides an increase in the life of the insert in conditions of work with oxygen plasma, for example, during oxygen cutting. In an oxygen environment, the aluminum interlayer intensively forms a refractory aluminum oxide, which prevents the diffusion of the copper component from the shell to the core. This preserves the stability of the molten film and, as a consequence, the emitting ability of the insert crater. Due to emission, an alumina film is also formed on the surface of the nozzle, and the high melting point of this film further inhibits erosion of the nozzle. It is known from the prior art (see, for example, Y. V. Rossomakho. Development of a hafnium-based thermochemical cathode for plasma cutting in oxygen, abstract of the Ph.D. thesis, Leningrad, 1984) implementation of an aluminum shell insert, in the present invention aluminum the layer is additionally introduced between the core and the shell of the insert. It was established that the technical result, even with such a decision, can be saved.
Рекомендуемый выбор размеров прослойки, используемой в виде фольги, учитывает также технологические требования при изготовлении биметаллической вставки.The recommended choice of sizes of the interlayer used in the form of foil also takes into account the technological requirements in the manufacture of a bimetallic insert.
Вариант конструктивного выполнения держателя с внутренним кольцевым пазом улучшает условия охлаждения держателя, а значит, дополнительно повышает его ресурс.An embodiment of the holder with an internal annular groove improves the cooling conditions of the holder and, therefore, further increases its resource.
Наконец, использование объемной штамповки при соединении вставки с держателем позволяет надежно и плотно запрессовать вставку и обеспечить надлежащий тепловой и электрический контакт между ними.Finally, the use of die forging when connecting the insert to the holder allows you to reliably and tightly press the insert in and ensure proper thermal and electrical contact between them.
Изобретение далее поясняется на конкретном примере выполнения и иллюстрируется чертежами, где:The invention is further illustrated by a specific example of execution and is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 показан общий вид (в продольном разрезе) плазмотрона, содержащего электрод (катод), выполненный в соответствии с настоящим изобретением;figure 1 shows a General view (in longitudinal section) of a plasma torch containing an electrode (cathode), made in accordance with the present invention;
на фиг.2 показан вариант выполнения держателя плазмотрона в катодной вставкой.figure 2 shows an embodiment of the holder of the plasma torch in the cathode insert.
Плазмотрон (фиг.1) имеет корпус 1, в который ввинчена втулка 2, обеспечивающая завихрение воздушного потока, охлаждающего изнутри электрод 3 (катод), также ввинченный в корпус 1. Изолятор 4 с радиальными пазами для прохода воздуха обеспечивает совместно с изоляционной втулкой 5 фиксацию сопла 6 (анода) за счет ввинчивания мундштука 7 в стакан 8, закрепленный на корпусе 1 с помощью втулки 9, играющей роль контргайки. Изоляция электрода 3 от сопла 6 осуществляется с помощью втулки 5 и изолятора 4. Ток подводится от токогазопровода (на чертежах не показан) к электроду 3 через корпус 1. Воздух от токогазопровода проходит через корпус 1, внутренний канал втулки 2, обдувает электрод 3 изнутри, поступает в кольцевую полость между корпусом 1 и изолятором 4. Из этой полости часть воздуха проходит по ограниченным втулкой 5 завихрительным канавкам, выполненным на корпусе 1. Затем эта часть воздуха поступает в камеру 10 для образования плазменной дуги, расположенную между электродом 3 и соплом 6. Остальная часть воздуха из кольцевой полости проходит в радиальные пазы изолятора 4, а затем выходит наружу по завихрительным пазам мундштука 7, ограниченным изнутри втулкой 5 и соплом 6. Эта часть воздуха охлаждает мундштук 7 и сопло 6. Чехлы 11 и 12 обеспечивают изоляцию стакана 8 и мундштука 7, предотвращая возможность их прожогов при касании с изделием во время работы плазмотрона.The plasma torch (Fig. 1) has a housing 1 into which a sleeve 2 is screwed in to provide a turbulence of the air flow cooling the electrode 3 (cathode) from the inside, also screwed into the housing 1. An insulator 4 with radial grooves for air passage together with the insulating sleeve 5 fixes nozzle 6 (anode) by screwing the mouthpiece 7 into the glass 8, mounted on the housing 1 using the sleeve 9, which plays the role of a lock nut. The insulation of the electrode 3 from the nozzle 6 is carried out using the sleeve 5 and the insulator 4. The current is supplied from the gas pipeline (not shown) to the electrode 3 through the housing 1. Air from the gas pipeline passes through the housing 1, the internal channel of the sleeve 2, blows the electrode 3 from the inside, enters the annular cavity between the housing 1 and the insulator 4. From this cavity, part of the air passes through the swirl grooves limited by the sleeve 5, made on the housing 1. Then this part of the air enters the chamber 10 to form a plasma arc located between the electrode 3 and the nozzle 6. The rest of the air from the annular cavity passes into the radial grooves of the insulator 4, and then comes out through the swirling grooves of the mouthpiece 7, which is internally bounded by the sleeve 5 and the nozzle 6. This part of the air cools the mouthpiece 7 and the nozzle 6. Cases 11 and 12 provide isolation of the glass 8 and the mouthpiece 7, preventing the possibility of burn-through when touching the product during operation of the plasma torch.
Электрод 3 (катод) имеет медный держатель 13, в глухое отверстие на торце которого по его оси запрессована биметаллическая вставка 14, состоящая из термоэмиссионного сердечника 15 и оболочки 16. Сердечник выполнен из циркониево-гафниевого сплава, а оболочка - из материала на основе меди, в ряде случаев, из циркониевой или хромциркониевой бронзы. Количественный состав обоих материалов может взаимозависимо изменяться в зависимости от условий эксплуатации плазмотрона. Этот вопрос является предметом изобретения-прототипа и здесь более подробно не рассматривается.The electrode 3 (cathode) has a
В конкретном примере для катодной вставки ВКБЦГ, выполненной из циркониевой бронзы и работающей при токе дуги 630 А, диаметр сердечника равен 3,11 мм, наружный диаметр оболочки равен 4,00 мм, а соотношение площадей поперечных сечений этих элементов равно 0,65.In a specific example, for a cathode insert of the WCCB made of zirconium bronze and operating at an arc current of 630 A, the core diameter is 3.11 mm, the outer diameter of the shell is 4.00 mm, and the ratio of the cross-sectional areas of these elements is 0.65.
Длина вставки в этом же примере равна 4,5 мм, а соотношение длины вставки и ее наружного диаметра составляет 1,125. Расчетная масса такой вставки - 0,418 г.The length of the insert in the same example is 4.5 mm, and the ratio of the length of the insert and its outer diameter is 1.125. The estimated mass of such an insert is 0.418 g.
Эксцентриситет вставки относительно держателя не превышает 0,1 мм (в конкретном примере он равен 0,08 мм).The eccentricity of the insert relative to the holder does not exceed 0.1 mm (in a specific example, it is 0.08 mm).
В варианте выполнения (фиг.2) держатель 13, имеющий во всех случаях в целом форму стакана, выполнен с центральным внутренним утолщением 17 по его оси и с внутренним кольцевым пазом 18 между этим утолщением и стенками держателя, причем глубина паза 18 соизмерима с длиной катодной вставки. Такой вариант выполнения держателя позволяет улучшить условия его охлаждения за счет удаления материала из сравнительно более массивных его зон. Здесь же показана алюминиевая прослойка 19, размещенная между сердечником 15 и оболочкой 16 вставки. Прослойка 19 выполнена в виде алюминиевой фольги, толщина которой составляет от 5 до 10% (в конкретном случае, например, 7%) от толщины оболочки 16. Указанная оптимальная величина толщины прослойки установлена опытным путем. Она должна быть достаточной, чтобы количество алюминия во вставке могло влиять на экранирование держателя и сопла, и в то же время она не должна быть излишней по технологическим условиям изготовления биметаллической вставки обработкой давлением. Последнее ограничение означает, что наличие алюминиевой прослойки не должно ухудшать качество физического и теплового контакта, возникающего между элементами вставки при ее изготовлении.In the embodiment (Fig. 2), the
Электрод 3 (катод) работает следующим образом. После начала подачи плазмообразующего и охлаждающего газа 20 - на электрод 3 (катод) и сопло 6 (анод) подводится напряжение, и между катодом и анодом возникает газоразрядная дуга, приводящая к ионизации газа и его переходу в состояние плазмы. Плазменная струя через сопло 6 направляется в зону обработки и, в зависимости от назначения плазмотрона, идет процесс резки, сварки, напыления, наплавки и т.д. При этом материал сердечника 15 вставки катода под воздействием дугового разряда подвергается эмиссии. От термостойкости этого материала и его эмиссионных свойств зависит срок службы вставки, а следовательно, и электрода, его эксплуатационный ресурс.The electrode 3 (cathode) operates as follows. After the start of the supply of plasma-forming and cooling gas 20, voltage is applied to the electrode 3 (cathode) and nozzle 6 (anode), and a gas-discharge arc arises between the cathode and anode, leading to ionization of the gas and its transition to a plasma state. The plasma jet through the nozzle 6 is directed to the treatment zone and, depending on the purpose of the plasma torch, the process of cutting, welding, spraying, surfacing, etc. In this case, the material of the
Оптимальная технология изготовления электрода заключается в следующем.The optimal electrode manufacturing technology is as follows.
Вначале изготавливается заготовка для вставок: биметаллическая проволока. Ее изготовление включает в себя (после раздельного изготовления составляющих ее элементов холодной деформацией) последовательные операции совместного горячего прессования и волочения. При этом режимы деформации выбирают, исходя из условия сближения и минимизации сопротивлений деформации элементов вставки в состоянии горячего прессования, с учетом температуры, скорости и длительности деформации. Методика выбора этих режимов здесь не описывается, поскольку она выходит за рамки предмета данного изобретения и составляет его ноу-хау.First, a blank for inserts is made: bimetallic wire. Its manufacture includes (after separate manufacture of its constituent elements by cold deformation) sequential operations of joint hot pressing and drawing. In this case, the deformation modes are selected based on the condition of approach and minimization of the resistance to deformation of the insert elements in the state of hot pressing, taking into account the temperature, speed and duration of deformation. The methodology for choosing these modes is not described here, since it goes beyond the scope of the subject of the present invention and constitutes its know-how.
В дальнейшем проволока режется на станке на отдельные куски мерной длины.Subsequently, the wire is cut on the machine into separate pieces of measured length.
Изготавливается держатель горячей объемной штамповкой. При этом важно обеспечить достаточную толщину его торцевой стенки, куда затем будет запрессована вставка. В процессе горячей объемной штамповки держателя выполняют зацентровку. Затем по этой зацентровке сверлят глухое отверстие для размещения вставки на высокоточном станке.The holder is made by hot die forging. It is important to ensure a sufficient thickness of its end wall, where the insert will then be pressed. During hot stamping of the holder, centering is performed. Then a blind hole is drilled through this centering to place the insert on a high-precision machine.
Последняя операция - запрессовка холодной объемной штамповкой вставки в глухое отверстие держателя. Выбранные размеры вставки позволяют надежно провести эту операцию, исключая продольный изгиб вставки и обеспечивая плотный контакт оболочки вставки с держателем.The last operation is the pressing of cold forging of the insert into the blind hole of the holder. The selected dimensions of the insert allow you to reliably carry out this operation, eliminating the longitudinal bending of the insert and ensuring tight contact of the shell of the insert with the holder.
Исследованиями показано, что электрод описанной конструкции, изготовленный по описанной технологической схеме, допускает более 140 включений, при суммарном времени горения дуги более часа. При этом указанный ресурс остается достаточно стабильным при последовательном использовании серии таких электродов.Studies have shown that the electrode of the described design, manufactured according to the described technological scheme, allows more than 140 inclusions, with a total arc burning time of more than an hour. At the same time, the specified resource remains quite stable with the consistent use of a series of such electrodes.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003121383/02A RU2239532C1 (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | Electrode for plasma working |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003121383/02A RU2239532C1 (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | Electrode for plasma working |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2239532C1 true RU2239532C1 (en) | 2004-11-10 |
| RU2003121383A RU2003121383A (en) | 2005-01-10 |
Family
ID=34311089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003121383/02A RU2239532C1 (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | Electrode for plasma working |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239532C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457570C2 (en) * | 2010-09-15 | 2012-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Plug-in cathode of welding electron beam gun |
| US20140216343A1 (en) | 2008-08-04 | 2014-08-07 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US20170309458A1 (en) | 2015-11-16 | 2017-10-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| US10242846B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-03-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Hollow cathode ion source |
| US10573499B2 (en) | 2015-12-18 | 2020-02-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Method of extracting and accelerating ions |
| US10586685B2 (en) | 2014-12-05 | 2020-03-10 | Agc Glass Europe | Hollow cathode plasma source |
| US10755901B2 (en) | 2014-12-05 | 2020-08-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source utilizing a macro-particle reduction coating and method of using a plasma source utilizing a macro-particle reduction coating for deposition of thin film coatings and modification of surfaces |
| CN114501763A (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-13 | 新奥(天津)能源技术有限公司 | Cathode head of plasma torch and preparation method thereof |
-
2003
- 2003-07-16 RU RU2003121383/02A patent/RU2239532C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10580625B2 (en) | 2008-08-04 | 2020-03-03 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US20140216343A1 (en) | 2008-08-04 | 2014-08-07 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US20150002021A1 (en) | 2008-08-04 | 2015-01-01 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US10438778B2 (en) | 2008-08-04 | 2019-10-08 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US10580624B2 (en) | 2008-08-04 | 2020-03-03 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| RU2457570C2 (en) * | 2010-09-15 | 2012-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Plug-in cathode of welding electron beam gun |
| US11875976B2 (en) | 2014-12-05 | 2024-01-16 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source utilizing a macro-particle reduction coating and method of using a plasma source utilizing a macro-particle reduction coating for deposition of thin film coatings and modification of surfaces |
| US10755901B2 (en) | 2014-12-05 | 2020-08-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source utilizing a macro-particle reduction coating and method of using a plasma source utilizing a macro-particle reduction coating for deposition of thin film coatings and modification of surfaces |
| US10586685B2 (en) | 2014-12-05 | 2020-03-10 | Agc Glass Europe | Hollow cathode plasma source |
| US20170309458A1 (en) | 2015-11-16 | 2017-10-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| US10559452B2 (en) | 2015-11-16 | 2020-02-11 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| US10573499B2 (en) | 2015-12-18 | 2020-02-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Method of extracting and accelerating ions |
| US10242846B2 (en) | 2015-12-18 | 2019-03-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Hollow cathode ion source |
| CN114501763A (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-13 | 新奥(天津)能源技术有限公司 | Cathode head of plasma torch and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003121383A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0772957B1 (en) | Electrode for a plasma arc torch | |
| EP1765046B2 (en) | Plasma torch electrode with improved insert configurations | |
| US8933364B2 (en) | High current electrode for a plasma arc torch | |
| EP2147583B1 (en) | Plasma arc torch cutting component with optimized water cooling | |
| US5451739A (en) | Electrode for plasma arc torch having channels to extend service life | |
| CA2739643C (en) | Electrode for a plasma torch | |
| EP1519639A2 (en) | Electrode for a plasma arc torch having an improved insert configuration | |
| RU2239532C1 (en) | Electrode for plasma working | |
| KR20090108705A (en) | Plasma arc torch cutting component with optimized water cooling | |
| JPH0666876U (en) | Plasma arc torch | |
| CA2303546C (en) | Tapered electrode for plasma arc cutting torches | |
| KR20110126654A (en) | Spark plug and process for producing same | |
| US5767472A (en) | Method of repairing a spent electrode for plasma arc torch | |
| CN104620681B (en) | For the electrode of plasma arcs cutting torch | |
| RU2172662C1 (en) | Electrode for plasma working | |
| JPH0539834Y2 (en) | ||
| JPH02229696A (en) | Production of electrode for plasma processing and electrode | |
| US20070173907A1 (en) | Hybrid electrode for a plasma arc torch and methods of manufacture thereof | |
| AU763778B2 (en) | Tapered electrode for plasma arc cutting torches | |
| Timoshevskii et al. | Erosion of Multi-arc Cathodes | |
| JPH0826736A (en) | Electric glass melting furnace and electrode for the furnace | |
| JPH0740052A (en) | Welding torch for narrow gap |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130717 |